国家科技支撑计划研究成果国家科技支撑计划研究成果水利部科技推广项目成果水利部科技推广项目成果泵站更新改造水泵选型优化技术泵站更新改造水泵选型优化技术前池与进水池优化前池与进水池优化进水流道优化进水流道优化泵段优化泵段优化出水流道优化出水流道优化出水池优化出水池优化 中国灌溉排水发展中心中国灌溉排水发展中心 中国农业大学中国农业大学 安徽省水利水电勘测设计院安徽省水利水电勘测设计院技术咨询联系方式：技术咨询联系方式：电话：电话：010-63203386010-63203386 6273697262736972 传真：传真：010-63203687010-63203687 6273779662737796 EmailEmail：jxkfpxc163.comjxkfpxc163.comwangfjcau.edu.cnwangfjcau.edu.cn1 1、什么是水泵选型优化技术？、什么是水泵选型优化技术？水泵选型优化技术，是指以水泵选型过程中涉及到的泵站前池、进水池、进水流道、 出水流道、出水池和水泵为研究对象，利用现代计算流体动力学（CFD）理论对泵站各部分 水流状态和水力损失进行计算，然后根据计算结果对泵站有关结构尺寸进行调整，从而保 证泵站各部分处于最优匹配状态，达到水泵运行平稳、整体水力损失最小的目的。2 2、使用水泵选型优化技术的意义何在？、使用水泵选型优化技术的意义何在？有了水泵选型优化技术，就可摆脱传统的以经验公式为主的泵站水力设计方法，使泵 站设计向着数字化方向发展，这样，不仅可保证所设计泵站的流态最好、水力损失最小， 还能丰富和完善泵站设计理论，使泵站设计水平不断提高。3 3、水泵选型优化技术与传统水泵选型技术有何区别？、水泵选型优化技术与传统水泵选型技术有何区别？两种技术的共同点是：都通过计算水泵扬程流量曲线与流道(管路)特性曲线的交点， 来确定水泵工作点；不同点是：传统水泵选型技术依靠经验公式计算流道(管路)特性曲线， 计算误差较大；对于水泵选型优化技术，采用三维 CFD 方法来求解流场，无论流态多么复 杂，均可较准确地计算出泵站各组成部分的水力损失，因此，可保证水泵在最优工况点运 行。此外，CFD 除了提供水力损失计算结果外，还同时提供三维速度场、压力场分布，可直 观地发现泵站各组成部分中哪里有旋涡、哪里有流动分离、哪里流线不光顺，为泵站结构 尺寸修改提供直接的依据。4 4、什么是、什么是 CFDCFD 技术？技术？CFD 是上世纪末期开始出现的一种用于求解复杂三维流动的新型工具，目前主要有 Fluent 和 CFX 软件供使用。它将一个泵站复杂区域内的流体力学连续问题，用数百万个单 元离散，然后在单元上求解离散方程组，从而得到各计算节点的速度和压力，再据此计算 出任意两个断面间的水力损失。它包括泵站水流区域三维造型、计算网格划分、边界条件 和初始条件设置、湍流模型选择、近壁区处理、控制方程空间域及时间域离散格式设定、 方程组求解、后处理等多个环节。CFD 提供的是流场中任意一点的三维速度与压力。5 5、泵站优化参数一般包括哪些？、泵站优化参数一般包括哪些？通常包括前池长度、前后宽度、扩散角、池底坡度、进水池吸水喇叭管淹没深度、悬 空高、后壁距、水泵安装高度、弯肘形进水流道转变半径、虹吸式出水流道顶点位置等。6 6、高扬程泵站与低扬程泵站在使用选型优化技术时有何区别？、高扬程泵站与低扬程泵站在使用选型优化技术时有何区别？两种类型的泵站，在使用选型优化技术时的方法和过程基本一样，主要区别在于低扬 程泵站以优化进、出水流道为主，而高扬程泵站以优化进水管道、出水管道及有关管件为 主。7 7、如果操作人员不懂、如果操作人员不懂 CFDCFD 技术，可以使用水泵选型优化技术吗？技术，可以使用水泵选型优化技术吗？CFD 的应用，必须借助专用软件来完成。目前提供的水泵选型优化技术，要求操作者掌 握计算流体动力学理论和技术，但我们正在努力，争取在不远的将来，使泵站各部分的三 维造型、网格划分、湍流模型选择、CFD 计算等主要环节实现自动化。到那时，泵站设计方 法将发生根本性变革。泵站水泵选型优化技术：概况泵站水泵选型优化技术：概况泵站水泵选型优化技术：概况泵站水泵选型优化技术：概况泵站水泵选型优化技术：概况泵站水泵选型优化技术：概况http:/warter.cau.edu.cn泵站水泵选型优化技术：使用方法泵站水泵选型优化技术：使用方法泵站水泵选型优化技术：使用方法泵站水泵选型优化技术：使用方法泵站水泵选型优化技术：使用方法泵站水泵选型优化技术：使用方法水泵选型优化技术整体流程如右图水泵选型优化技术整体流程如右图 所示。其中，所示。其中，CFDCFD 部分流程如下：部分流程如下：（1 1）针对准备更新改造的已有泵站，）针对准备更新改造的已有泵站， 在在 UGUG 或或 ProEProE 等软件中进行过流区等软件中进行过流区 域的实体造型（对于泵段部分，如域的实体造型（对于泵段部分，如 无木模图，可采用无木模图，可采用 FANFAN 模型来模拟）模型来模拟） ，（2 2）采用六面体或四面体单元对整）采用六面体或四面体单元对整 个计算域划分计算网格，一般生成个计算域划分计算网格，一般生成 至少包含数十万个单元的网格域。至少包含数十万个单元的网格域。（3 3）设置流速、壁面等边界条件。）设置流速、壁面等边界条件。（4 4）采用）采用 CFDCFD 软件进行流场计算。软件进行流场计算。速度进口自由出流自由水面自由水面流体域三维实体造型流体域三维实体造型流体域计算网格流体域计算网格水水 泵泵 选选 型型 优优 化化 技技 术术 流流 程程水水 泵泵 选选 型型 优优 化化 技技 术术 流流 程程泵段部分计算网格泵段部分计算网格http:/warter.cau.edu.cnVelocity (m/s)泵站水泵选型优化技术：应用实例泵站水泵选型优化技术：应用实例泵站水泵选型优化技术：应用实例泵站水泵选型优化技术：应用实例泵站水泵选型优化技术：应用实例泵站水泵选型优化技术：应用实例http:/warter.cau.edu.cn无除涡装置时的附底涡和附壁涡无除涡装置时的附底涡和附壁涡 设置除涡装置后的情况设置除涡装置后的情况某低扬程泵站全流道计算结果：速度场分布某低扬程泵站全流道计算结果：速度场分布肘形进水流道速度场肘形进水流道速度场肘形进水流道压力场肘形进水流道压力场某双向流道泵站某双向流道泵站泵站进水系统网格划分泵站进水系统网格划分多机组泵站整体造型多机组泵站整体造型出水池流态出水池流态